常用三种加速老化测试模型

1. 只考虑热加速因子的阿伦纽斯模型（ Arrhenius Mode）

某一环境下，温度成为影响产品老化及使用寿命的绝对主要因素时，采用单纯考虑热加速

因子效应而推导出的阿伦纽斯模型来描述测试，其预估到的结果会更接近真实值，模拟试验的

效果会更好。此时，阿伦纽斯模型的表达式为：

式中：

AF 是加速因子；

Ea 是析出故障的耗费能量，又称激活能。不同产品的激活能是不一样的。一般来说，激活

能的值在 0.3ev~1.2ev 之间；

K 是玻尔兹曼常数，其值为 8.617385 × 10 ^-5;

Tu 是使用条件下 非加速状态下 的温度值。此处的温度值是绝对温度值，以 K( 开尔文）作单

位；

Tt 是测试条件下 加速状态下 的温度值。此处的温度值是绝对温度值，以 K( 开尔文）作单位。

案例：

某一客户需要对产品做 105 ℃的高温测试。

据以往的测试经验，此种产品的激活能Ea 取 0.68 最佳。

对产品的使用寿命要求是 10 年，现可供测试的样品有 5 个。若同时对5 个样品进行测试，需测试多长时间才能满足客户要求？

已知的信息有 Tt 、 Ea ，使用的温度取25 ℃，则先算出加速因子 AF

最终：

AF≈271.9518

又知其目标使用寿命：

L 目标 =10years=10 × 365 × 24h=87600h

故即可算出

L 测试 = L 目标 /AF=87600/271.9518h=322.1159h≈323h

现在 5 个样品同时进行测试，则测试时长为：

L最终 =323/5h=65h

这即是说明，若客户用 5 个产品同时在 105 ℃高温下测试 65h 后产品未发生故障，则说明

产品的使用寿命已达到要求。

通过这个案例可以看出，利用阿伦纽斯模型可以提前预估测试的相关信息，指导客户该怎样进行测试才既能达到目标值而又最大限度 的降低成本。

本案例中，若客户急需测试结果，那么可以投入 10 个或者更多的样品来缩短整个测试时长；或者在允许的情况下进一步提高温度，加快完成测试。根据需求灵活的调整测试方案，这 才能更完美地达到目标，提高工作效率，省去一些不必要的费用。

2.综合温度及湿度因素的阿伦纽斯模型（Arrhenius Mode With Humidity）

综合温度及湿度因素的阿伦纽斯模型的表达式为：

式中：

AF是加速因子；

Ea是析出故障的耗费能量，又称激活能。不同产品的激活能是不一样的。一般来说，激活是析出故障的耗费能量，又称激活能。激活能的值在能的值在0.3ev~1.2ev之间；

K是玻尔兹曼常数，其值为8.617385×10-5；

Tu是使用条件下是使用条件下(非加速条件下)的温度值。此处的温度值是绝对温度值，以K(开尔文开尔文)作单作单位；

Tt是测试条件下是测试条件下(加速条件下)的温度值。此处的温度值是绝对温度值，以K(开尔文开尔文)作单位；

RHu是使用条件下(非加速状态下)的相对湿度值；

RHt 是测试条件下(加速状态下)的相对湿度值。

模型二可以说是模型一的拓展，它只是在模型一的基础上简单地添加了湿度这一影响因素。

长期以来的测试经验表明，用模型二来解释某些情况下湿度对加速测试的影响并不准确。

所以，一种更为准确的综合考虑温湿度影响的模型将被提出，这即是下文将介绍的另外一种模

型 Hallberg Peck 模型。

3.Hallberg Peck 模型

Hallberg Peck 模型综合考虑了温度、湿度影响，它相比于模型二更能准确的描述在温湿度条件下进行的老化测试，其表达式为：

式中：

AF 是加速因子；

Ea 是析出故障的耗费能量，又称激活能。不同产品的激活能是不一样的。一般来说，

激活能的值在 0.3ev~1.2ev 之间；

K 是玻尔兹曼常数，其值为 8.617385 × 10^-5

Tu 是使用条件下 非加速条件下 的温度值。此处的温度值是绝对温度值，以 K( 开尔文

作单位；

Tt 是测试条件下 加速条件下 的温度值。此处的温度值是绝对温度值，以 K( 开尔文 作

单位；

RHu 是使用条件下 非加速状态下 的相对湿度值；

RHt 是测试条件下 加速状态下的相对湿度值。

案例：

某一半导体元件生产厂家，经过长期研究开发出一款新产品。

初步将新产品的MTBF 定为 20 年。

新产品日常的使用环境为 45℃25%RH 。

为了验证 其使用寿命是否达到要求，厂家要把新产品置于 85℃85%RH 的高温高湿条件下做加速测试。

现客户共有 3 款新产品，仅 2 款可用于测试，剩余一款作为其余两款试验后对比之用。

厂家现在希望能最快地完成测试，得到相关结果，那这一最快时间是多少？

现在最多只能用 2 个产品同时进行测试，则测试时长为： T 最终 =76/2h=38h

这即是说明，若客户想得到最快的测试结果需同时用 2 个产品进行 85 85%RH 的高温高湿测试 38h ，若之后产品未发生故障，则可说明其 MTBF 已达目标。

综合以上三个模型可以看出，他们都有一些共通的参数，如 Ea 、 k 、 Tu 、 Tt ，其中 k 是 一恒量，其值始终不会变，变化的是 Ea 、 Tu 、 Tt Tu 和 Tt 是人为设定的，它的变化有很强的随机性。而 Ea 则不同，它是析出故障所耗费的能量，当故障具体到某一种特定类型时，其值会在很小的范围内产生波动，几乎可认为不变。

以下是一些常见故障的 Ea 值：

氧化膜破坏： 0.3ev

离子性（ Si02 中 Na 离子漂移） 1.0 1.4ev

离子性（Si-SiO2 界面的慢陷阱） 1.0ev

电迁移造成短路或开路 0.6ev

铝腐蚀 0.6——0.9ev

金属间化合物生长 0.5——0.7ev

其它Ea值可参考GR268标准内规定数据。